Energy Conversion at Surface & Interface

In the world we live in, there are energies such as mechanics, motion, heat, light, and electromagnetism, and understanding these properties and controlling the conversion in the energies gives people life richness and depth, and a better society. 

The interface where the surface in different states touches is the place where the energy conversion occurs, and we will clarify the properties of the surface and interface and the mechanism of the chemical reaction that occurs there, and construct a method for further control.

For example, the interface between a solid and a liquid becomes a field for various chemical reactions. At the interface, atoms and ions in a solid and molecules in a liquid interact with each other, which may change the surface of the solid and the state of the liquid. New functions can be created by capturing and controlling the state of the interface.

Further, in rechargeable batteries which play an important role in the current energy conversion technology, it is known that the physical properties of the electrode surface and the chemical reaction occurring at the interface between the electrode and the electrolyte have a great influence on the battery performance. However, many points are unclear about the electrode surface of the rechargeable batteries having a complicated structure and the interface between the electrode and the electrolyte. These will be elucidated by methods using probes, light, electrons, etc., and based on the results, a method for enhancing reactivity will be constructed.

我々が住む世界には、力、運動、熱、光、電磁気などのエネルギーがあり、これらの性質を理解し、エネルギー変換を制御することは、人々の生活に豊かさや深みを与え、より良い社会の構築の基盤となり得る。

物質の表面や異なる状態の表面が接する界面は、このエネルギー変換が起きる場であり、表面や界面の性質や、そこで起きる化学反応の機構を明らかにし、さらに制御する方法を構築する。

例えば、固体と液体が接する界面は、エネルギー変換によって様々な化学反応の場となる。この界面では固体中の原子やイオンと、液体中の分子が相互作用することで、固体表面や液体の状態が変わることがある。この界面特有の状態を捉え、制御することによって新たな機能を創出することが出来る。

また、現在のエネルギー変換技術において極めて重要な役割を果たしている蓄電池において、電極表面の物性や、電極と電解質の界面で起きる化学反応は電池性能に大きな影響を与えることが知られている。しかし、複雑な構造を持つ蓄電池の電極表面や、電極と電解質の界面は、多くの点が不明である。これらを、プローブ、光、電子など用いた手法で解明し、その結果を基に、反応性を高める方法を構築する。

Representative papers
J. Phys. Chem. Lett. 11, 1343 (2020).
Phys. Rev. Lett. 122, 116001 (2019).
Prog. Surf. Sci. 92, 240–280 (2017).
Phys. Rev. Lett. 111, 126104 (2013).